人工神经网络理论及应用.ppt

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1、人工神经网络理论与应用第七章神经网络基础知识神经网络基础知识7.1生物神经元及人工神经元的组成7.2人工神经网络的模型7.2.1人工神经元的模型7.2.2常用的激活转移函数7.2.3MP模型神经元2.1生物神经元及人工神经元的组成神经元也称神经细胞，它是生物神经系统的最基本单元，它和人体中其他细胞的关键区别在于具有产生、处理和传递信号的功能。每个神经元都包括三个主要部分：细胞体、树突和轴突，见图2.1（a）。(a)简单神经元网络图(b)简化后的网络示意图(1)细胞体；(2)树突；(3)轴突；(4)突

2、触图7.1简单神经元网络及其简化结构图神经元结构与功能细胞体由细胞核、细胞质和细胞膜等组成，其直径大约为0.5--100μm，大小不等。细胞体是神经元的主体，用于处理由树突接受的其它神经元传来的信号；轴突是由细胞体向外延伸出的所有纤维中最长的一条分枝，用来向外传递神经元产生的输出电信号。每个神经元都有一条轴突，其最大长度可达1m以上。在轴突的末端形成了许多很细的分枝，这些分支叫神经末梢。每一条神经末梢可以与其它神经元形成功能性接触，该接触部位称为突触。所谓功能性接触，是指非永久性的接触，这正是神经元

3、之间传递信息的奥秘之处。神经元结构与功能树突是指由细胞体向外延伸的除轴突以外的其它所有分支。树突的长度一般较短，但数量很多，它是神经元的输入端，用于接受从其它神经元的突触传来的信号。神经元中的细胞体相当于一个初等处理器，它对来自其它各个神经元的信号进行总体求和，并产生一个神经输出信号。细胞膜内外的电位之差被称为膜电位。在无信号输入时的膜电位称为静止膜电位。当一个神经元的所有输入总效应达到某个阈值电位时，该细胞变为活性细胞。生物神经元的功能与特征(1)时空整合功能神经元对不同时间通过同一突触传入的神经

4、冲动，具有时间整合功能。对于同一时间通过不同突触传入的神经冲动，具有空间整合功能。两种功能相互结合，使生物神经元对由突触传入的神经冲动具有时空整合的功能。(2)兴奋与抑制状态神经元具有兴奋和抑制两种常规的工作状态。当传入冲动的时空整合结果使细胞膜电位升高，超过动作电位的阈值时，细胞进入兴奋状态，产生神经冲动。相反，当传入冲动的时空整合结果使细胞膜电位低于动作电位的阈值时，细胞进入抑制状态，无神经冲动输出。生物神经元的功能与特征(3)脉冲与电位转换突触界面具有脉冲/电位信号转化功能。沿神经纤维传递的信

5、号为离散的电脉冲信号，而细胞膜电位的变化为连续的电位信号。这种在突触接口处进行的“数/模”转换，是通过神经介质以量子化学方式实现的如下过程：电脉冲----神经化学物质----膜电位(4)神经纤维传导速率神经冲动沿神经纤维传导的速度在1---150m/s之间。其速度差异与纤维的粗细、髓鞘的有无有关。一般来说，有髓鞘的纤维，其传导速度在100m/s以上，无髓鞘的纤维，其传导速度可低至每秒数米。(5)突触延时和不应期突触对相邻两次神经冲动的响应需要有一定的时间间隔，在这个时间间隔内不响应激励，也不传递神经

6、冲动，这个时间间隔称为不应期。人脑神经系统的结构与特征神经生理学的研究结果表明，人脑的神经系统是一个由大量生物神经元并行互连所形成的一个网络系统。每个人的大脑大约有1011---1012个神经元，每个神经元大约有103---104个突触，即与其它103---104个神经元相连。(1)记忆和存储功能人脑神经系统的记忆和处理功能是有机的结合在一起的。神经元既有存储功能，又有处理功能，它在进行回忆时不仅不需要先找到存储地址再调出所存内容，而且还可以由一部分内容恢复全部内容。尤其是当一部分神经元受到损坏（例

7、如脑部受伤等）时，它只会丢失损坏最严重部分的那些信息，而不会丢失全部存储信息。(2)高度并行性（为什么计算机无法模拟更多的神经元，如果有100个神经元，两两互连，则会出现100＊99/2=5000个N元一次方程。如何计算如此复杂的方程组？）提供了非常巨大的存储容量和并行度。例如，人可以非常迅速地识别出一幅十分复杂的图像。人脑神经系统的结构与特征(3)分布式功能人们通过对脑损坏病人所做的神经心理学研究，没有发现大脑中的哪一部分可以决定其余所有各部分的活动，也没有发现在大脑中存在有用于驱动和管理整个智能

8、处理过程的任何中央控制部分。人类大脑的各个部分是协同工作、相互影响的，并没有哪一部分神经元能对智能活动的整个过程负有特别重要的责任。可见，在大脑中，不仅知识的存储是分散的，而且其控制和决策也是分散的。因此，大脑是一种分布式系统。(4)容错功能容错性是指根据不完全的、有错误的信息仍能做出正确、完整结论的能力。大脑的容错性是非常强的。例如，我们往往能够仅由某个人的一双眼睛、一个背影、一个动作或一句话的音调，就能辨认出来这个人是谁。人脑神经系统的结构与特征(5)联想功能人脑